Tema 2 Procesos fabricación - OCW

Capítulo 1: Introducción

TEMA 2: PROCESOS DE FABRICACIÓN

TEMA 2: Procesos de FabricaciónÍNDICE

� Clasificación de los procesos de fabricación.

� Procesos de fabricación de productos semielaborados y piezas elementales.

� Métodos de unión.

� Tratamientos térmicos.

Asignatura: Sistemas de Producción y Fabricación. Autores: J.A. Canteli, J.L. Cantero, M.H. Miguélez, A. Muñoz, X. Soldani

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� Tratamientos superficiales.

� Operaciones auxiliares.

� Factores que influyen en la elección del proceso.

TEMA 2: Procesos de FabricaciónINTRODUCCIÓN

Procesos de fabricación

Operaciones Procesamiento

Conformado

Mejora de Propiedades

Tratamientos

Fundición y MoldeoDesprend. MaterialProces. PartículasDeformación Plást.

Tratam. Térmicos.

Limpieza.


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Operaciones Ensamblaje

Tratamientos Superficies

Unión Permanente

Ensamble Mecánico

Limpieza.Recubrimientos

Soldadura térmicaSold. Fuerte y blanda.Pegado

Sujetadores roscadosRemaches

TEMA 2: Procesos de FabricaciónFundición

�Fundición:Conformado de metales y aleaciones consistente en la preparación

de un molde (de arena, metal u otro material) con la forma de la

pieza, en el cual se vierte (se cuela) el material fundido, dejándolo

enfriar hasta su completa solidificación

Cortesía de Moldea


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Cortesía de Molpa 98 SL

Cortesía de Moldea

TEMA 2: Procesos de FabricaciónFundición

SISTEMAS DE MOLDEOClasificación

MATERIAL del moldeSistema de MOLDEO Sistema de LLENADO

Moldeo continuo Moldeo por piezas o lotes

� Colada a presión� Colada por gravedad


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lotes � Colada por gravedad

Molde perdido Molde permanente

Manual Mecánico

Moldeado en arena Moldeados especiales Fabricación de lingotes

Moldes metálicos

Moldes resina (en cáscara)A la cera perdida

TEMA 2: Procesos de Fabricación

FUNDICIÓN EN ARENA

Fusión materia prima

Preparaciónde la arena

Vaciado

SolidificaciónEnfriamiento Construcción

Construcción del molde

Fundición


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Fabricación del macho (si es necesario)

Enfriamiento

Extracción delmolde

Limpieza e inspección

Fundición terminada

Construccióndel modelo

TEMA 2: Procesos de FabricaciónMOLDEADO EN MOLDES METÁLICOS


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Cortesía de Moldea

Ejemplos de Molde, proceso y de la pieza obtenida por Fundición por gravedad en moldes metálicos


Fundición a presión � Piezas complicadas con aristas pronunciadas y espesores mínimos

� Superficie de las piezas limpias y sin defectos

� Por la presión el material resulta más compacto y sus propiedades mecánicas mejoran hasta un 20% con respecto a los metales colados por gravedad

MOLDEADO EN MOLDES METÁLICOS


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Cortesía:Pep Plastic& Mold Co.

BMW de 6 cilindros y bloque de Al-Mg

Fuente: El North American Die Casting Association (NADCA)

El troquel pulido, galvanizado de calidad en este grifo de la cocina ilustra uno de los muchos finales posibles de fundición a presión.

Ejemplos de los componentes duraderos y altamente precisas que se pueden producir con la fundición de troquel moderna


� Velocidad de enfriamiento:Afecta de forma decisiva a las propiedades del material.

Bajas velocidades de enfriamiento: Estructuras dendríticas gruesas, con grandes espacios entre ramas, que darán lugar a

granos grandes � ductilidad del material

Altas velocidades de enfriamiento:

MOLDEADO EN MOLDES METÁLICOS


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Altas velocidades de enfriamiento: Desarrollo de granos más finos, pequeños, uniformes y resistentes. Esto mejora las

propiedades de la fundición:

� Mejora la resistencia

� Disminuye la microporosidad

� Aumenta el riesgo de agrietamiento del material.

Martensita AISI 4340

TEMA 2: Procesos de FabricaciónConformado por deformación

� DEFORMACIÓN ELASTOPLÁSTICA� Definición: La conformación por deformación = modificación permanente de la

forma de un sólido aplicando tensiones superiores al límite elástico del material, a

temperaturas inferiores a la de fusión


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Lata obtenida por deformación plástica (Embutición)

Prensa para embutir

Diferencia de comportamiento entre materiales Frágil / Ductil


� Ventajas:

� Rapidez de la transformación

� Grandes deformaciones

� Ahorro de material

� Mejoran las propiedades físicas del materialCortesía de Thierbach


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� Limitaciones:

� De forma

� Acabado

� Potencias elevadas


RECUPERACIÓN ELÁSTICA� En la práctica siempre existe una vez desaparece

la carga, un régimen elástico que hará que la pieza recupere algo de su forma.

� Soluciones:- Deformar al material más de lo necesario, para que una vez recuperada elásticamente la geometría


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que una vez recuperada elásticamente la geometría se aproxime a la buscada.

- Deformar localmente el material para minimizar el grado de recuperación.

- Conformar la pieza a alta temperatura.

- En plegado, someter la chapa a una esfuerzo de tracción mientras se pliega.

Cortesía: A. Locicero (ENSMP, France)


LAMINACIÓN� Consiste en dar sucesivas pasadas al material entre unos rodillos, a partir de

lingotes hasta obtener la chapa del espesor o el perfil de la forma requerida.

Laminación manual para creación de

joyería


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Laminación en continuo de chapas


FABRICACIÓN DE VIGAS


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Cortesía: DeutschFotothek


PRENSAS

Máquinas especialmente diseñadas para realizar movimientos alternativos desarrollando elevados esfuerzos.


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Se utilizan en múltiples procesos de fabricación y especialmente en procesos de conformado por deformación plástica.

Cortesía: Montequipo


� Características de las prensas:

� Fuerza máxima (accionamiento, estructura)

� Capacidad de trabajo

� Velocidad, cadencia (nº golpes/tiempo)

� Carrera máxima (carrera efectiva regulable: punto muerto inferior-


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� Carrera máxima (carrera efectiva regulable: punto muerto inferior-

PMI y superior-PMS)

� Tamaño (zona de trabajo)

� Coste (coste horario de amortización)

� Funcionamiento automático


� Conformado de chapas

� Geometría desarrollable: curvado y doblado o plegado. La

chapa se somete a esfuerzos de flexión

� Geometría no desarrollable: Se conforman acortando o

alargando algunas zonas:

� Repujado o entallado


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� Repujado o entallado

� Embutición profunda

� Estirado

� Otros

Lugar para colocar la rueda de repuesto de Laguna. Cortesía Doc. F. Moussy, Renault


� PlegadoEs el doblado de chapa en prensa tal que forme un ángulo diedro, de arista más o menos redondeada. Se pueden obtener con este procedimiento una amplia variedad de trabajos


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� Embutición profundaUtilizando una matriz o estampa se forma un cuerpo hueco a partir una chapa plana cortada a medida.

Sujeta chapaPunzón


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Matriz

Chapa Pieza final


� Embutición profundaEn función de la profundidad de la embutición, esta puede realizarse en un único estirado o en estirados sucesivos

Regla práctica: para piezas cilíndricas no embutir en una sola operación piezas de profundidad mayor al radio.


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� Embutición con sujetachapas: � Sujetachapas: realiza presión para guiar a la chapa. Prensas de simple

efecto (un sistema) y de doble efecto (dos sistemas independientes)

� Considerar la expulsión de la pieza (carrera > 2 � altura de embutición)

1/ 2/ 3/ 4/


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Proceso de embutición de doble efecto

3/ 4/

5/Cortesía: insa de Rouen (France)


� Punzonado� Realización de agujeros mediante punzones (cizallado del material)

� Clasificación: Manual

Mecánico (simple, múltiple, automático


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Cortesía: Mecos

Evolución de las tensiones internas de una aleación de cobre en función de la distancia entre punzón y matriz (A. Touache et. al, LMARC – Besançon – France). Simulación realizada con LS-Dyna

PIEZA

Rebaba

Zona arrastrada

Zona cizallada

Zona bombeada Aspecto del agujero por punzonado

TEMA 2: Procesos de FabricaciónForja

La forja es el procedimiento por el que se da forma a los metales mediante golpes, generalmente con el material a alta temperatura.

Mejora considerablemente las propiedades mecánicas del material

Puede realizarse manual o automáticamente.


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La fragua de Vulcano. Velázquez


Afino de grano (recristalización)Si se forja a golpes y a T adecuada los granos se alargan y subdividen en granos menores

(afino de grano � mayor resistencia y tenacidad)

Si T > Trecristaliz los granos se unen (crecimiento de grano � fragilización)

Orientación de fibra. Dism. sopladuras, segregaciones y dentritasLa forja produce una orientación en fibras

(mejores propiedades en su dirección)


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El aplastamiento del material reduce las

sopladuras (cavidades en el material).

La forja también mejora la homogeneidad

Reducción de forja = Sección inicial / Sección finalEn general entre 2 y 4 (existe un valor mínimo que garantiza el afino de grano)

Aproximación a la forma:Distintas operaciones: estirado, recalcado, punzonado, ranurado, virado, etc.


� Tipos de forja:

� Forja abierta:

Se utilizan cavidades sencillas con el objeto de:

• Aproximar la forma de una pieza que se termina por estampación.

• Forjar piezas de tamaño grande.

• Series pequeñas.


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� Conformado por estampación:

Se utilizan matrices cerradas (estampas). Destinado a la

producción de:

• Piezas en serie.

• Geometrías complejas.


� Forja abierta (ejemplos):


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Obtención de pieza de revolución (la pieza gira)

TEMA 2: Procesos de FabricaciónEstampación

� Ejemplos:


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Prensa de husillo francesa de 1831, usada para acuñar monedas.

Pieza de argila obtenida por estampación

TEMA 2: Procesos de FabricaciónExtrusión

DefiniciónConformado consistente en hacer fluir un material a través del orificio de una

matriz, con una sustancial reducción de sección, mediante algún

sistema que le transmita gran cantidad de energía en poco tiempo.

Características:

• Buenos acabados superficiales y tolerancias


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• Buenos acabados superficiales y tolerancias

• Altas resistencias mecánicas

• Permite obtener perfiles de geometría compleja

Boquilla

F

ÉmboloMatriz

Material

TEMA 2: Procesos de FabricaciónExtrusión

Perfiles huecos

Perfiles semihuecos


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Perfiles macizos

Perfiles multihuecos

TEMA 2: Procesos de FabricaciónMecanizado

� En el mecanizado o arranque de virutas se obtienen las piezas

separando partes del material (virutas) por medios mecánicos y

con herramientas de filo


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� El filo de la herramienta

realiza el arranque de viruta

y según sea éste tenemos:

� Arranque con filo geométricamente determinado (cepillado,fresado, etc.)

Cepillado Fresado


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(cepillado,fresado, etc.)

� Arranque con filo no determinado (rectificado)

Rectificado


ELEMENTOS EN EL ARRANQUE DE VIRUTA� Máquinas-herramientas

� En ellas se colocan y sujetan las herramientas y las piezas a mecanizar. Realizan los movimientos gracias a los cuales se consigue arrancar el material sobrante en forma de virutas.

� Los elementos comunes a toda máquina-herramienta son:� Bancada: estructura portante sobre la que se disponen el resto de


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Bancada: estructura portante sobre la que se disponen el resto de elementos constructivos

� Guías, que permiten el desplazamiento de los elementos móviles de la máquina accionamientos (generalmente motores eléctricos) y transmisiones o mecanismos, que sirven para transmitir el movimiento de accionamiento a los elementos móviles

� Elementos de maniobra (volantes, palancas, etc.)

� Instalaciones de refrigeración y lubricación


ELEMENTOS EN EL ARRANQUE DE VIRUTA� Máquinas-herramientas

� En ellas se colocan y sujetan las herramientas y las piezas a mecanizar. Realizan los movimientos gracias a los cuales se consigue arrancar el material sobrante en forma de virutas.

� Los elementos comunes a toda máquina-herramienta son:� Bancada: estructura portante sobre la que se disponen el resto de


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Bancada: estructura portante sobre la que se disponen el resto de elementos constructivos

� Guías, que permiten el desplazamiento de los elementos móviles de la máquina accionamientos (generalmente motores eléctricos) y transmisiones o mecanismos, que sirven para transmitir el movimiento de accionamiento a los elementos móviles

� Elementos de maniobra (volantes, palancas, etc.)

� Instalaciones de refrigeración y lubricación

TEMA 2: Procesos de FabricaciónElementos en el arranque de viruta

� Herramientas de corte

� Son las encargadas de cortar el material en forma de viruta

� Deben producir una viruta que no entorpezca el trabajo y sea de fácil evacuación

� Evacuarán el calor producido por el corte

� Soportarán las fuerzas producidas en el corte


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� Soportarán las fuerzas producidas en el corte

� Deben tener dureza y resistencia al desgaste

� Tienen que mantenerse rígidas en su posición de trabajo

� Tendrán unos materiales, formas y dimensiones adecuadas

TEMA 2: Procesos de FabricaciónElementos en el arranque de viruta

� Elementos de sujeción

� Permiten la unión sólida entre la pieza y la máquina

� También permiten la unión entre la herramienta y la máquina


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TEMA 2: Procesos de FabricaciónMovimientos arranque de virutas

� Movimiento de CORTE � Arranca viruta durante una revolución o carrera

� Movimiento de AVANCE� Combinado con el de corte, produce arranque continuo

� Movimiento de PENETRACIÓN


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� Movimiento de PENETRACIÓN� Determina la profundidad del corte

� Movimiento de APROXIMACIÓN� No se arranca material

TEMA 2: Procesos de FabricaciónMECANIZADO con FILOS DETERMINADOS

Torneado:

Proceso orientado a la

obtención de superficies

de revolución (la pieza

puede no ser de

revolución, la superficie

mecanizada sí).

Cortesía: Sandvik


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Movimiento de corte: giro

de la pieza. La

herramienta realiza los

mov. de avance y

penetración

produciéndose un corte continuo.

TEMA 2: Procesos de FabricaciónMecanizado: Torneado

� Torneado� Es el mecanizado más empleado a nivel industrial:

� Productivo

� Elevada calidad

1Ejemplo (cilindrado, figura):


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2 3

Ejemplo (cilindrado, figura):

1: Mov. de corte.

2: Mov. de avance.

3: Mov. de penetración.


� Torno paralelo: La máquina herramienta empleada para tornear se denomina torno.

El torno paralelo (también llamado torno universal, torno horizontal o torno de puntos)

es el torno convencional más empleado.

Accionamiento manual. Adecuado

para series limitadas. Muy flexible.

Partes principales:


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Partes principales:

� Bancada

� Cabezal fijo

� Carro portaherramientas

� Contrapunto o cabezal móvil

� Sistemas auxiliares


� TORNEADO EXTERIOR: incluye las operaciones que se realizan

en el exterior de la pieza


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� TORNEADO INTERIOR: operaciones efectuadas en el interior de la pieza


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TEMA 2: Procesos de FabricaciónMecanizado: Fresado

� Es un proceso de mecanizado en el que se arrancan virutas utilizando una herramienta de forma circular con múltiples filos llamada fresa

� El movimiento principal de corte es circular y lo realiza la fresa al girar sobre su propio eje

� A diferencia de en los procesos de torneado y taladrado, en el fresado los filos de corte no trabajan de forma continua, sino sólo durante una parte del giro completo de la fresa. El resto del tiempo gira en vacío, lo que permite su refrigeración.


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refrigeración.

TEMA 2: Procesos de FabricaciónMecanizado: Fresado

� A consecuencia de las condiciones de corte discontinuo las fuerzas no son constantes (riesgo de vibraciones perjudiciales para la pieza, la máquina y la herramienta).

� Estos procesos permiten obtener una gran diversidad de superficies planas o curvas, ranuras, entalladuras, dentados, etc.

Cortesía: Sandvik


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Cortesía: Sandvik

TEMA 2: Procesos de FabricaciónOperaciones de fresado

� Operaciones de fresado:

� Planeado

� Escuadrado

� Contorneado

� Cajeado


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� Ranurado

� Fresado de formas

� Taladrado y trabajos afines

� Fresado de superficies complejas


� Planeado:

� Fresado de superficies planas (superficies de apoyo, juntas

estancas, superficies de guías de deslizamiento, etc.)

� Puede realizarse con fresado frontal (mejor calidad) o fresado

cilíndrico.


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Fresado frontal y fresado cilíndricoCortesía: Sandvik


� Escuadrado:

Se mecaniza una escuadra o ángulo recto, de forma que uno de los planos se

obtiene mediante fresado frontal y el otro plano con fresado periférico.


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Cortesía: Sandvik


� Contorneado:El contorneado o fresado periférico es una operación similar al planeado periférico utilizada para el mecanizado de contornos exteriores de piezas.

En ocasiones se realiza a la vez el contorneado y planeado de la superficie frontal simultáneo (escuadrado siguiendo un contorno).


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Cortesía: Sandvik


� Cajeado: Consiste en realizar un vaciado en una superficie de una pieza, según un contorno definido.

Si la fresa no tiene corte frontal integral, debe taladrarse primero y luego utilizar una fresa o avellanador recto para generar la entrada de la fresa.


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� Ranurado:

Mecanizado de ranuras. Si son rectangulares, se obtienen simultáneam. tres planos: el de fondo y los dos laterales, perpendiculares al anterior.

Pueden emplearse fresas de disco o fresas cilíndricas de mango (enterizas o con plaquitas intercambiables).


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� Taladrado y trabajos afines:Las fresadoras o centros de mecanizado permiten realizar operaciones con herramientas

rotativas como los taladrados y trabajos afines (avellanado, escariado, roscado con

macho, mandrinado).

� Fresado de superficies complejas:Aplicado en la fabricación moldes, matrices y troqueles con geometrías complejas. Las

fresas suelen tener punta esférica para poder mecanizar en todas las direcciones

(mecanizado en rampa).


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(mecanizado en rampa).

TEMA 2: Procesos de FabricaciónTALADRADO

TALADRADO:

� Permite realizar agujeros pasantes o ciegos en las piezas.

� Puede realizarse en distintas máquinas-herramienta (fresadoras, tornos,

etc.). La taladradora es la máquina-herramienta específica para taladrar.


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� La herramienta específica para taladrar se denomina broca. Las más

frecuentes son las brocas helicoidales.

� La calidad conseguida en un taladrado es peor a la otros procesos de

mecanizado (torneado, fresado, etc.).


MOVIMIENTOS EN EL TALADRADO:

� Movimiento de corte: Rotación de la broca o de la pieza alrededor de

un eje colineal con el de la broca. La velocidad de corte varía desde 0

m/min en la punta hasta la velocidad en la esquina del filo denominada

vc (m/min). Se cumple:


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� Movimiento de avance: Movimiento

rectilíneo en la dirección del eje de la

broca. El avance (a) suele referirse al

avance por revolución (mm/rev).


MOVIMIENTOS EN EL TALADRADO:

� Los filos de una broca se encuentran en su base lo cual dificulta la

refrigeración de los filos de la herramienta y la evacuación de las virutas

producidas. Soluciones:

� Realizar varias entradas y salidas de la broca.


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� Refrigeración por el interior de la broca.

� Debido a la combinación de los mov. de

corte y avance, los filos siguen una tray.

helicoidal (formación continua de virutas

Taladrado de una aleación de titanio

TEMA 2: Procesos de FabricaciónRECTIFICADO

Las aristas de corte del abrasivo presentan geometrías variables, generalmente negativas (mecanizado con herramientas de geometría no determinada)

Rectificado (esmerilado): por arranque de viruta basado en la acción cortante de unos cuerpos abrasivos llamados muelas (formadas por el material abrasivo en forma de granos, y por un aglomerante).


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� Características:� Elevadas velocidades de corte.

� Virutas microscópicas (proceso lento y caro).

� Permite obtener precisiones y calidades

superficiales muy elevadas (acabado de piezas

previamente torneadas, fresadas, etc.

� Permite mecanizar piezas de gran dureza

superficial (p.e.: aceros templados).

TEMA 2: Procesos de FabricaciónPROCESOS DE FABRICACIÓN DE PIEZAS

� PROCESOS ESPECIALES� Pulvimetalurgia

� Electroerosión

� Mecanizado por ultrasonidos

� Técnicas especiales de corte Oxicorte� Láser

� Plasma

� Chorro de agua


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� Chorro de agua

� Estereolitografía� Materiales plásticos

� Espumación poliuretano

� Soplado

� Composites� Método húmedo

� Autoclave

TEMA 2: Procesos de FabricaciónMÉTODOS DE UNIÓN

� UNIONES FIJAS� Soldadura

� Homogénea� Fusión

� Autógena Oxiacetileno� Arco eléctrico MIG/TIG/MAG atm. Inerte, UP polvo. � Haz de electrones� Plasma� Láser

� Presión


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� Resistencia� Ultrasonidos� Explosión� Presión en caliente� Fricción� Alta frecuencia

� Heterogénea� Según temperatura: Soldadura fuerte y soldadura blanda� Según método: A la llama, inmersión, al horno e inducción

� Pegado� Remachado

TEMA 2: Procesos de FabricaciónSOLDADURA

Soldadura autógena

Soldadura por punto


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Soldadura eléctrica al arco

Tipos comunes de juntas de soldadura(1) La junta de extremo cuadrado(2) Junta de preparación solo-V(3) Junta de regazo o traslape(4) Junta-T.

TEMA 2: Procesos de FabricaciónSOLDADURA

� Soldadura por resistencia:� Sólo calienta la zona a soldar

� Es más rápida

� Permite soldar piezas de diferente espesor, e incluso, material.

� No se necesita material de aportación


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TEMA 2: Procesos de FabricaciónOTRAS UNIONES

� PegadoLa unión se realiza utilizando pegamentos, generalmente plásticos

líquidos que se adhieren mediante la acción del calor, o a la

temperatura ambiente con endurecedores que actúan por vía

química.

� Remachado


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TEMA 2: Procesos de FabricaciónTRATAMIENTOS TÉRMICOS

� TRATAMIENTOS TÉRMICOS:

� Lograr una estructura de menor dureza y mayor maquinabilidad.

� Obtener la máxima dureza y resistencia.

� Eliminar tensiones internas para evitar deformaciones posteriores al

mecanizado.


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� Eliminar la acritud ocasionada por una deformación en frío.

� Conseguir una estructura más homogénea.

� Variar alguna propiedad física.

TEMA 2: Procesos de FabricaciónOPERACIONES AUXILIARES

� Transporte.

� Verificaciones: dimensionales, geométricas y superficiales.

� Ensayos no destructivos.


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� Ensayos destructivos.

Tema 2 Procesos fabricación - OCW

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